UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
INTRODUCCION: Hay una serie de criterios a considerar en el diseño de canales. A continuación se muestra una lista de los criterios principales. 1. Requisitos de capacidad de caudal (la demanda) 2. Caudal previsto entrar en el canal (de suministro) 3. Costo de Construcción 4. Consideraciones de seguridad 5. Características operativas hidráulicas 6. Necesidades de gestión del agua 7. Requisitos de mantenimiento 8. Conservación del medio ambiente 9. Estética Históricamente, la capacidad de flujo y tasa de costo de la construcción han sido los criterios de diseño dominantes, pero es mejor tener en cuenta todos los factores mencionados antes de finalizar un diseño. Esto no quiere decir que necesariamente se tiene que vivir en un tema como la estética.
TRABAJO DE INVESTIGACION Página 2 HIDRÁULICA
INTRODUCCION: Hay una serie de criterios a considerar en el diseño de canales. A continuación se muestra una lista de los criterios principales. 1. Requisitos de capacidad de caudal (la demanda) 2. Caudal previsto entrar en el canal (de suministro) 3. Costo de Construcción 4. Consideraciones de seguridad 5. Características operativas hidráulicas 6. Necesidades de gestión del agua 7. Requisitos de mantenimiento 8. Conservación del medio ambiente 9. Estética Históricamente, la capacidad de flujo y tasa de costo de la construcción han sido los criterios de diseño dominantes, pero es mejor tener en cuenta todos los factores mencionados antes de finalizar un diseño. Esto no quiere decir que necesariamente se tiene que vivir en un tema como la estética.
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Sin embargo, temas como el funcionamiento dinámico, los requisitos de mantenimiento y necesidad de vertederos, a menudo, se han dado sólo una atención superficial durante la fase de diseño, que requiere modificaciones posteriores a la construcción de la infraestructura Recuerde que cada diseño tiene características comunes y únicas (site-specific), en comparación con otros canales. La capacidad de diseño es una consideración importante, ya que un canal debe tener la capacidad suficiente, pero no "demasiado". Los costos de construcción y mantenimiento aumentan significativamente con canales más grandes. A menudo es recomendable tener en cuenta un factor de seguridad por el aumento de las capacidades en un 10% a un 20% en el caso de cambio de cultivos, un aumento de la superficie de regadío produce, pérdidas, y otros factores posibles Un punto importante en el diseño por capacidad es que la mayoría de los diseños del canal son "estáticos", basado sólo en
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la capacidad hidráulica para transportar hasta un caudal máximo especificado. El problema con esto es que muchos diseños no consideraron la "dinámica" de la operación del canal, ni el tipo de programas de entrega previsto. Este descuido ha causado muchas dificultades operativas y ha limitado la flexibilidad operativa de muchos sistemas, a veces severamente. La dinámica de operación del canal puede ser tomadas en cuenta a través de modelos de diseño de fase, ya sea con modelos físicos o modelos matemáticos En los canales de tierra, y canales en general, la sección transversal más eficiente es una consideración secundaria a la erosionabilidad, mantenimiento, seguridad, y comodidad Una preocupación principal en el diseño del sistema es que sirve para el propósito de transportar y distribuir agua a lugares clave en el área de servicio. Otra de las preocupaciones es que los volúmenes de llenado de excavación y de tierra no sean excesivos.
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Cuando se requieren grandes volúmenes de excavación y relleno o, los costos de construcción pueden aumentar enormemente. En áreas de relleno, la compactación del material del suelo es muy importante, para evitar problemas de liquidación y posible fallo estructural. En los tramos construidos sobre relleno, las pérdidas por filtración tienden a ser altos, incluso si el canal está revestido. Por estas razones, los canales se diseñan a menudo para seguir la topografía existente para la pendiente del lecho diseño, que a menudo significa encaminar los canales indirectamente de manera que los trabajos de movimiento de tierra pueden ser minimizados, o al menos a cabo a un nivel aceptable. La selección de pendiente del lecho longitudinal también debería tener en cuenta las pendientes existentes en el terreno, a fin de minimizar las desviaciones en el enrutamiento del canal.
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I. MARCO TEÓRICO 1. PARTES DE UN CANAL
La distancia vertical desde el punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.
El ancho de la sección inferior del canal. Página 6
θ
Ángulo de las paredes laterales
con la horizontal.
Es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal). El ancho de la superficie del agua.
Profundidad de rasante del canal.
Caminos de servicio o vigilancia.
Ancho de la sección del canal en la
superficie libre.
El área de sección transversal de flujo normal a la dirección del flujo.
La longitud de la superficie húmeda normal medido en la dirección del Flujo.
La proporción de superficie de perímetro mojado (A/P). La proporción de
superficie de ancho de superficie (A/B). 2. CLASIFICACION DE LOS CANALES i. Basado en la Fuente de Suministro:
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Es un canal que es alimentado por una fuente permanente de suministro.
Por lo general lleva el abastecimiento cada vez que hay inundaciones. ii. Basado en la Función:
Lleva agua a los campos agrícolas
Alimenta otro canal.
Provee de instalaciones de navegación. iii. Basado en el Origen del Canal en una Red de Canales:
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Lleva el agua desde el depósito.
Cuando un canal principal alcanza el área a ser irrigada se divide en ramas que unen las diferentes partes de la zona.
Son pequeños canales que parten del canal lateral.
Son pequeños canales que suministran agua a los cursos de agua para riego.
De este canal el agua entra en el campo. 3. TIPO DE FLUJOS Flujo Constante:
Cuando la descarga no varía con el tiempo
Flujo Uniforme: Cuando el tirante del líquido no cambia durante una sección del canal.
Flujo Constantemente Uniforme: Cuando la descarga no cambia con el tiempo y el tirante se mantiene constante para una sección seleccionada.
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Flujo Constantemente Variable: Cuando cambia el tirante pero la descarga sigue siendo la misma.
Flujo Inestablemente Variable:
Cuando tanto la descarga como el
tirante cambian a lo largo de la longitud del canal.
Flujo Rápidamente Variable:
El cambio de profundidad es rápido.
Flujo Gradualmente Variable:
El cambio de profundidad es gradual.
Sección 1: Flujo Rápidamente Variable Sección 2: Flujo Gradualmente Variable Sección 3: Salto Hidráulico Sección 4: Vertedero Sección 5: Gradualmente Variable Sección 6: Caída hidráulica debido al cambio de la pendiente en el canal
FORMULA DE MANNING
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Para el cálculo hidráulico para canales abiertos (canales) se utilice la fórmula de Manning:
Dónde: Q: Caudal A: Área n: Coeficiente de rugosidad R: Radio Hidráulico S: Pendiente longitudinal
II. CRITERIOS DE DISEÑO DE CANALES DE FUERTE PENDIENTE 1. ALGUNAS ESTRUCTURAS DE FUERTE PENDIENTE
Una rápida es un canal de gran pendiente que conecta dos tramos de un canal con la pendiente suave entre los que existe un desnivel considerable en una longitud corta. Obliga a conduce el agua en ese tramo sobre pendientes pronunciadas y con altas velocidades. Cuando la longitud de la rápida es corta, se la denomina caída inclinada y su diseño hidráulico y estructural es el mismo que la rápida. Página 11
En los diseños de sistemas de riego en montañas el empleo de rápidas es común debido a que en muchos casos la topografía del terreno es más inclina que la pendiente máxima que se le quiere dar aun canal. En esos casos debe pasarse de un desnivel de forma súbita. Cuando el desnivel y la distancia son considerables, suele usarse rápidas en vez de caídas.
Una de las ventajas de las rápidas es que es posible ajustar su pendiente a la pendiente natural del terreno y por ende requieren menos movimiento de tierra.
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Transición de entrada Sección de control Canal de la rápida Colchón disipador Transición de salida
En los datos básicos para el cálculo de la rápida son:
El caudal “Q” (m3/s)
El coeficiente de rugosidad de Manning (n) , del canal La pendiente del canal de entrada s (m/m) El desnivel (m), la longitud L(m) y la pendiente del canal de la rapida S(m/m)
1.Se calcula el acho B de la sección de control. Cerca del sitio de cambio de pendiente donde el flujo pasa de subcritico a crítico. Se verifica la condición.
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Se deprecian las pedidas de carga en una sección y otra
Se calcula el tirante normal del canal de entrada Yn; por iteraciones hasta que se cumpla las condición.
La velocidad se calcula con El tirante critico :
Se calcula con la expresión:
La velocidad critica se calcula con la siguiente expresión:
2. Se calcula la longitud de la transición entre la sección del canal y la sección de control:
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3. Se determinan los tirantes a lo largo de la rápida, mediante las ecuaciones del flujo no uniforme. Tratándose de una curva de remanso tipo S2, se recomienda el método numérico por tramos fijos.
4. Se calcula la profundidad del colchón disipador, hay la necesidad de elevar la solera cuando el tirante conjugado a la salida de la rápida, luego el resalto hidráulico, es superior al tirante normal del canal de salida. Para asegurar que el colchón de disipador tenga la profundidad suficiente, se calcula con la expresión.
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5. Se determina la longitud del colchón disipador. Para este cálculo se considera que la disipación del exceso de energía cinética se producirá exclusivamente por la formación de u resalto hidráulico, por lo que se recomienda usar la fórmula de sieñchin:
6. Se calcula la transición de salida, que conviene ubicar entre la salida de la rápida y la entrada al canal inferior. Puede utilizarse la misma fórmula que en la transición de entrada.
Es un canal de sección rectangular y fondo liso que incluye pantallas deflectoras alternas colocadas a 45º con el eje del canal, las cuales cumplen el papel de elementos disipadores de energía.
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El CPD es “aplicable al caso de conducciones a lo largo de
pendientes pronunciadas (entre el 10% y el 50%), que evita velocidades exageradas y entrega el flujo con energía disipada, sea cual fuere la longitud del canal y la diferencia de nivel entre sus extremos.
Ya que el diseño no presenta ninguna arista horizontal ni zonas de estancamiento, la estructura previene la Página 17
sedimentación de material en suspensión y la obstrucción con cuerpos flotantes, siendo apta para la conducción de aguas negras y aún de lodos. Las principales características del CPD son, según su mismo diseñador:
Capacidad prácticamente constante para el rango de pendientes entre 10% y 50%. Economía notable en la excavación, como consecuencia de la característica anterior. Baja velocidad en relación con la del canal sin pantallas, y dentro de los límites tolerables para el concreto. Disipación de energía dentro del canal, sin requerir estructuras disipadoras especiales a la entrada o a la salida. Auto limpieza, ya que no hay zonas de estancamiento en donde pueda presentarse sedimentación. Facilidad y sencillez en la formaletería.
a) “La sección debe diseñarse para el tramo de mayor pendiente que presente el perfil longitudinal del canal, y esa misma servirá para pendientes menores. b) La velocidad de entrada al canal no debe ser mayor que la que tendría dentro de él en una pendiente del 50%. Si no se Página 18
cumple esta condición, se puede lograr la disipación dentro del mismo canal aumentando la altura y/o la pestaña en el tramo inicial. Se recomienda estudiar este caso con un modelo hidráulico para las condiciones particulares. c) La entrega del canal puede consistir en aletas y enrocado, prescindiendo de la estructura de disipación de energía si el último tramo del canal es de pendiente moderada. d) Deben calcularse curvas horizontales y verticales evitando así quiebres pronunciados en su trayecto que podrían producir desborde y erosión en la estructura. En el caso de que se requieran curvas horizontales con mayor curvatura que la calculada, basta con aumentar convenientemente la pestaña del lado exterior. e) La entrega de tributarios al canal, como tuberías, cunetas, etc., debe efectuarse en el punto medio entre dos pantallas consecutivas del mismo lado y a altura mayor que la de las pantallas, sin interrumpir la pestaña superior del canal. f) Las pantallas pueden prefabricarse, mientras sea práctico, y pueden dejarse cortas con el objeto de permitir un espacio entre ellas y las paredes del canal, para simplificar la formaleta lateral. El espacio se rellenará posteriormente con concreto.
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g) El diseño es aplicable también a alcantarillas de cajón, aumentando convenientemente la altura para permitir aireación
se refiere al esquema mostrado en la figura, y al diseño obtenido de las investigaciones realizadas por el profesor Ingeniero Jorge Ramírez Giraldo6, que corresponde al diseño
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tradicionalmente utilizado en el país. El procedimiento es el siguiente. 1. Obtener el valor de b (ancho del canal, a partir del cual se define el resto de las dimensiones del mismo (Figura anterior)), en función del caudal de diseño del CPD (obtenido de la aplicación de un modelo lluvia –escorrentía, como el tan común Modelo o Método Racional, teniendo en cuenta las condiciones y características del área a drenar hacia el canal y un Período de Retorno especificado) y en función de la pendiente media del CPD a diseñar, a partir de las siguientes relaciones:
El valor del coeficiente se puede interpolar linealmente para valores de pendientes entre ese rango del 10% al 50%.
2. Obtener el valor de V , velocidad promedio del agua en el CPD, en función de su pendiente y el caudal de diseño, a partir de las siguientes relaciones:
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Es un canal aplicable al caso de conducciones a lo largo de pendientes altas o muy altas (entre el 50% y el 173%) conformado por una serie de rápidas lisas de sección rectangular, que se interrumpen en las terrazas de un talud tratado o cada cierto tramo, de tal forma que en la transición de una rápida a otra se tiene un columpio que deflecta el chorro y lo proyecta contra una tapa existente en el inicio de la siguiente rápida aguas abajo. El sistema columpio – tapa es complementado con un deflector que obliga al flujo a volver al canal. (Ver Figuras. Ver Fotografía).
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Gran parte de la energía se disipa en el módulo columpio-tapa, al generarse una turbulencia y aireación del flujo en el punto de impacto del chorro de agua con la tapa, lo cual proporciona que en el momento de llegada del agua al pie de la ladera o talud el porcentaje de energía disipada en toda la trayectoria de la estructura sea lo más alto posible. Las principales características del CRTC son:
Es complementario con el Canal de Pantallas Deflectoras. El diseño especial del columpio en el escalón evita la presencia de obstáculos en el flujo. Proporciona una gran capacidad de descarga, a pesar de la fuerte pendiente. Capacidad prácticamente constante para el rango de pendientes entre el 50% y el 173%. Permite altos niveles de disipación de energía. Previene la sedimentación y la obstrucción con basuras. Admite colectores laterales en el escalón. Las tapas sirven de puente en las terrazas. Es de fácil mantenimiento. Ofrece economía y facilidad en la construcción (con el uso de formaletas tipo y pocas excavaciones).
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La sección debe diseñarse para el tramo de mayor pendiente que presente el perfil longitudinal del canal, y esa misma servirá para pendientes menores. La superficie del fondo y paredes debe ser lisa (p.e. concreto pulido) facilitando el mantenimiento. La velocidad de entrada al canal no debe ser mayor que la que tendría dentro de la primera rápida. Se deben colocar filtros paralelos para evitar empujes por subpresión, cuyo tipo y cantidad se definen para cada caso según las características del suelo.
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Si el canal se desarrolla a lo largo de un talud estabilizado con terrazas, se hacen coincidir los columpios con esas terrazas, en las cuales la tapa horizontal del columpio sirve de puente para el tránsito de personas sobre ellas. Se deben conectar los colectores laterales (zanjas colectoras interiores en las terrazas) en la parte alta interior de los escalones. Las condiciones de entrega en el extremo inferior del canal pueden ser la de un último columpio, o la de una pequeña estructura de disipación que remata en aletas y enrocado. En el extremo de cada columpio, antes del inicio de la siguiente rápida, puede construirse una ranura hasta la profundidad del fondo del columpio, que evite que el agua se estanque en él.
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En el diseño del CRTC se procede, en función de los resultados de la investigación: Obtener el valor de (ancho del canal, a partir del cual se define el resto de las dimensiones del mismo (Figura 7), en función del caudal de diseño del CRTC (obtenido como ya se indicó en los numerales anteriores) y en función de la pendiente media del CRTC a diseñar, a partir de la siguiente relación única, obtenida de promediar aritméticamente los coeficientes de las que se tienen para pendientes del 50% y del 137%, debido a la muy poca diferencia que se obtuvo entre ellas:
Obtener el valor de Vrap., velocidad máxima en cualquier rápida del CRTC (antes de entrar al columpio) y de Vprom., velocidad promedio a lo largo del CRTC, en función del caudal de diseño, a partir de las siguientes relaciones:
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2. CRITERIO PARA DISEÑO DE CANALES SECUNDARIOS
Un canal, es un cauce artificial, de forma regular por el que discurre agua, el flujo se produce por acción de la gravedad, siempre existe una superficie libre en el cual se tiene presión atmosférica. Una de las estructuras más antiguas y prácticas para la conducción de agua son los canales, para riego también se usan tuberías, pero son de mayor costo y recomendables cuando la aplicación del agua necesita cierta presión.
Los canales de riego por sus diferentes funciones se denominan: (De primer orden) Es el que domina toda el área regable y abastece a los canales laterales. Se plantea en la cabecera de la zona de riego y su ubicación es
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siguiendo una curva de nivel de manera que domine la mayor superficie de tierras normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. Se le traza siempre con pendiente mínima cuidando de tener velocidades que impidan la colmatación. Su capacidad varía de acuerdo a los laterales que sirve; esto supone que las dimensiones de su sección transversal, va disminuyendo en forma telescópica. (De segundo orden) Parten del canal principal entregando agua directamente a la parcela o grupo de parcelas mediante los sub laterales, por lo general van en sentido de la máxima pendiente debiéndose optar por máximas o caídas, para permitir en el canal velocidades y tirantes adecuados para el riego. El área de riego que sirve un lateral se conoce como
Para un menor costo de construcción es necesario diseñar los laterales que permitan el riego en ambas márgenes como una especie de esqueleto de loma de pescado. Su capacidad depende del área de riego, de su influencia o de la modalidad de distribución de agua existente.
(De tercer orden) Después de los laterales vienen una serie de bifurcaciones, que son necesarias para obtener el agua a nivel de parcela. El caudal que Página 29
ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades individuales a través de las tomas del solar, el área de riego que sirve un sub lateral se conoce como
.
De lo anterior de deduce que varias unidades de rotación constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificación del canal madre (primer orden).
En el planteamiento y diseño de un canal, no solamente es importante establecer o definir su sección transversal más económica desde el punto de vista de la construcción, sino que el canal debe ser adecuado para operarse y permanecer operativo con un mínimo de mantenimiento. Además, un canal debe ser impermeable.
Para el diseño de canales secundarios o laterales y sub laterales, el trazo debe realizarse teniendo en cuenta que estos sirven para el mayor número de parcelas o tomando en consideración la parcelación existente. Generalmente en estos casos no es necesaria la línea de gradiente, ya que estos se ajustan al perfil del terreno, ni levantamiento de la franja de canal, por tener volúmenes de movimiento de tierra menores.
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Para el caso de canales secundarios o laterales y sub laterales, el fondo de la caja de canal, debe diseñarse de tal forma que permita que el agua a captarse este lo mas próximo al perfil del terreno, lo que posibilita un menor movimiento de tierras en los terrenos adyacentes. Esto se consigue disminuyendo la rasante de canal con relación a la pendiente del perfil del terreno, tal como se observa en la figura, propiciando la construcción de rápidas y caídas, que conecten rasantes vecinas. Esta práctica también es usual cuando hallamos velocidades no permisibles en canales.
La capacidad o cantidad de agua que va a conducir. El tipo de suelo, que determinará la inclinación de las paredes del canal en relación a su base (talud). La pendiente del terreno. El canal será más cerrado en suelos arcillosos (gredosos) y más abierto en suelos arenosos. La pendiente o desnivel depende del tipo de suelo, puede ser mayor en suelos gredosos que en suelos arenosos. Excesiva pendiente, aumenta la velocidad del agua y erosiona el fondo del canal.
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Poca pendiente, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra en el fondo (embancamiento del canal). Si el terreno tiene mucha pendiente, construya saltos con: troncos, piedras, plástico o ramas en el fondo y tablones en las paredes. Así se disminuye la velocidad del agua y no erosiona el canal.
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Se recorre la zona, anotándose todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable de trazo, determinándose el punto inicial y el punto final.
: Se procede a levantar la zona con una brigada topográfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal y se hará el levantamiento de secciones transversales, estas secciones se harán de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la sección es máximo a cada 20 m.
Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende básicamente de la topografía de la zona y de la precisión que se desea:
Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500. Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a 1:2000.
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Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas más usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente la relación entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10.
Tener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren. La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan caídas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas hidráulicas, chequeando siempre si la velocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construirá el canal. El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como mínimo la siguiente información: Kilometraje, Cota de terreno, Cota de rasante, Pendiente, Indicación de las deflexiones del trazo con los elementos de curva, Ubicación de las obras de arte, Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su kilometraje y Tipo de suelo.
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En la práctica los siguientes son factores que deben tenerse en cuenta:
La sección hidráulicamente eficiente minimiza el área requerida para transmitir una descarga especificada. Sin embargo, el área que se requiere excavar para conseguir el área de flujo requerida por la sección hidráulicamente eficiente puede ser mucho mayor si se tiene en cuenta la eliminación del terreno de recubrimiento.
Puede que no sea posible construir una sección estable hidráulicamente eficiente en la condición natural disponible. Si el canal es para ser alineado, el coste del revestimiento puede ser comparable con el costo de excavación.
El coste de la excavación depende de la cantidad de material que es eliminado, en exceso. Además la Topografía del terreno en el sitio también influyen en el costo de la eliminación del material retirado.
La pendiente de la cama del canal debe ser considerado también
como
necesariamente
una
variable
completamente
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ya
que
definida
no por
está la
consideración topográfica. Por ejemplo, una pendiente reducida del canal puede requerir un área de flujo más grande para transmitir el flujo, por otro lado el coste de la excavación de la sobrecarga puede reducirse. 3. FORMAS EN LA SECCION TRANSVERSAL i. Secciones Abiertas:
Se usa siempre en canales de tierra y canales revestidos.
Se emplea para acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.
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Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo, por ejemplo surcos.
: Se emplea a veces para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.
ii. Secciones Cerradas:
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Se usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes.
4. PENDIENTES LATERALES O TALUDES
Las pendientes laterales de un canal dependen principalmente de las propiedades de ingeniería del material a través del cual el canal se excavó. Desde el punto de vista práctico, las Página 38
pendientes
laterales
deben
ser
adecuadas
para
fines
preliminares. Sin embargo, en cortes profundos, las pendientes son más pronunciadas a menudo por encima de la superficie del agua a la que tendrían en un canal de riego excavado en el mismo material .En muchos casos, las pendientes están determinadas por la economía de la obra, y en este sentido se dan las observaciones que figuran a continuación:
En muchos canales de tierra sin revestimiento, las pendientes laterales suelen ser de 1.5:1; sin embargo, las taludes empinadas como 1:1 se han utilizado cuando el canal se ejecuta a través de materiales cohesivos.
En canales revestidos, los taludes laterales son generalmente más pronunciados que en un canal sin revestimiento. Si el concreto es el material de revestimiento, pendientes laterales superiores de 1:1 generalmente requieren el uso de formas, y con
pendientes
laterales
mayores
que
0.75:1
los
revestimientos debe estar diseñados para soportar las presiones de la tierra. Algunos tipos de revestimiento requieren pendientes laterales planas como los utilizados para los canales sin revestimiento. Página 39
Los taludes laterales a través de cortes en roca pueden ser verticales si así se requiere.
Pendientes Laterales (H:V) Tipo de Suelo En Corte
En Terraplén
2:1 a 3:1
2:1 a 3:1
Franco arenoso
1.5:1 a 2:1
2:1
Grava arenosa
1.5:1
1.5:1 a 2:1
Vertisol
1.5:1 a 2.5:1
2:1 a 3.5:1
Suelos Arcillosos
1.5:1 a 2:1
1.5:1 a 2.5:1
Roca
0.25:1 a 0.5:1
0.25:1 a 0.5:1
Arena suelta muy ligera para suelo arenoso promedio
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Pendientes
Material
Laterales (H:V)
Roca
Casi verticales
Suelos de turba y detritos
0.25:1
Arcilla compactada o tierra con recubrimiento de concreto Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes canales
0.5:1 hasta 1:1
1:1
Arcilla firme o tierra en canales pequeños
1.5:1
Tierra arenosa suelta
2:1
Greda arenosa o arcilla porosa
3:1
5. PENDIENTE LONGITUDINAL
La pendiente longitudinal del canal está influenciada por la topografía, el desnivel requerido para llevar el flujo de diseño, y el propósito del canal. Por ejemplo, en un canal de energía
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hidroeléctrica, un alta desnivel en el punto de entrega es requerido, y una pendiente mínima del canal longitudinal debe ser utilizada. La pendiente del lecho del canal no será tan empinada como para que la velocidad del agua resultante erosionando al canal, o tan plana que la velocidad del agua ocasione que el canal se llene de sedimentos. En general, las pendientes varían desde 0.00025 hasta 0.00005 en el canal.
10 m/km
S0 = 0.01
10 a 20
S0 = 0.01 a
m/km
0.02
≥ 20
m/km
6. VELOCIDADES PERMISIBLES
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S0 ≥ 0.02
Cabe señalar que los canales que llevan agua con altas velocidades pueden socavar en el lecho y las paredes del canal que conduciría al colapso de la canal. Por el otro lado las malas hierbas y las plantas crecen en el canal cuando los nutrientes están disponibles en el agua. Por lo tanto, la velocidad mínima admisible no debe permitir el crecimiento de la vegetación, tales como la mala hierba, así como tampoco debe permitir la sedimentación del material en suspensión (velocidad de no sedimentación). El diseñador debe estudiar estos aspectos antes de concluir la velocidad mínima permitida. "Velocidad mínima admisible" se refiere a la velocidad más pequeña, lo que impide tanto la sedimentación y el crecimiento vegetativo en general. Una velocidad promedio de 0.60 a 0.90 m/s tendrá que impedir la sedimentación cuando el arrastre del flujo es bajo. Una velocidad de 0.75 m/s suele ser suficiente para evitar que el crecimiento de la vegetación que afecta significativamente el transporte del canal. Las velocidades máximas admisibles dependen enteramente del material que se utiliza y de la pendiente del lecho del canal. Por ejemplo: en el caso de las rápidas, vertederos las velocidades
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puede alcanzar hasta 25 m/s. Como las presa altas están aumentando las velocidades esperadas de los flujos pudiendo llegar tan alto como 70 m/s en casos excepcionales. De este modo, cuando uno se refiere a la velocidad máxima permitida, que es para los canales normales construidas con fines de riego y canales de energía en el que la pérdida de energía debe reducirse a un mínimo.E
Revestimiento
Velocidad fps
Velocidad Máxima (m/s)
3
0.91
5
1.52
5.5
1.68
10
3.05
15
4.57
15
4.57
35
10.67
1. Canales Naturales y Mejorados a. Suelos erosivos: Arenas, Limos no coloidales, Margas b. Suelos menos erosivos: Arcillas, Roca suave, Adoquines, Grava 2. Canales completamente revestidos Vegetación sin refuerzo Enrocado suelto Enrocado con lechada Canal de tierra estabilizado con cemento Concreto
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Para los materiales con revestimiento compuesto utilizar la menor de las velocidades medias máximas de los materiales utilizados en el revestimiento compuesto.
Son las velocidades máximas admisibles basándose en las condiciones del agua no claras.
7. COEFICIENTE DE RUGOCIDAD:
La rugosidad o coeficiente de resistencia es una medida de la resistencia al flujo causada por irregularidades de la superficie de contacto. Varía con el tipo de suelo, condición de canal, y el tipo de revestimiento utilizado. Se utiliza la Tabla 6 para estimar el coeficiente de rugosidad, n, utilizado en la solución de la ecuación de Manning.
Revestimiento
Coeficiente "n" de Manning Mínimo
Normal
Mayor
Acabado con paleta
0.011
0.013
0.015
Acabado con llana de madera
0.013
0.015
0.016
Buena sección de concreto lanzado
0.016
0.019
0.023
Sección ondulada de concreto lanzado
0.018
0.022
0.023
Piedra labrada o lisa con mortero
0.015
0.017
0.020
Piedra al azar con mortero
0.017
0.020
0.024
Piedra bruta o enrocado
0.020
0.030
0.035
0.017
0.020
0.025
a. Concreto
b. Concreto en la parte inferior y lados de:
c. Piedras en la parte inferior con lados de: Concreto perfilado
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Piedra al azar con mortero
0.020
0.023
0.026
Piedra bruta o enrocado
0.023
0.033
0.036
Liso
0.013
0.015
--
Áspero
0.016
0.018
--
e. Césped
0.030
0.040
0.050
d. Asfalto
El canal debe ser diseñado para dos condiciones de rugosidad de flujo. 1. Un coeficiente de rugosidad de Manning suponiendo que no hay crecimiento en el fondo del canal se utiliza para ajustar la pendiente del canal. Esto se conoce como la condición de canal nuevo. 2. La condición de canal maduro asume que la vegetación de humedales en el fondo del canal se ha establecido. La profundidad del canal requerido incluyendo francobordo se determina suponiendo condiciones Canal maduro. Coeficiente de rugosidad de Manning Un compuesto debe ser utilizado para la condición de diseño nuevo canal y la condición de diseño de canal maduro. El material compuesto coeficiente de rugosidad de Manning se determina por la siguiente ecuación (Chow, 1959):
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Dónde: nc = Coeficiente de rugosidad de Manning para canal compuesto n0 = Coeficiente de rugosidad de Manning para las áreas por encima de la zona de húmeda. nw = Coeficiente de rugosidad de Manning para la zona húmeda. P0 = Perímetro de la sección transversal del canal por encima de la zona húmeda (m) Pw = Perímetro de la parte inferior de la zona húmeda. (m)
8. BORDE LIBRE:
El borde libre es la distancia vertical desde el nivel máximo de suministro a la cima de la orilla del canal, independientemente
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de si está o no el revestimiento presente en todo el margen. El propósito del borde libre es evitar los desbordamientos por las fluctuaciones en la superficie del agua causadas por:
El viento – olas impulsadas
La acción de las mareas
El salto hidráulico
El peralte de la superficie del agua, ya que el flujo va dando vueltas a altas velocidades.
La interceptación de las aguas de lluvia por el canal.
La aparición de superiores profundidades de diseño de flujo causadas por sedimentación del canal o un mayor coeficiente de fricción.
Mal funcionamiento temporal del sistema de canales.
No hay papel universalmente aceptado para la determinación del borde libre, ya que, ondas, condiciones de flujo no estacionario, curvas, etc. influyen en el borde libre. Bordes libres que varían desde menos de 5% a 30% de la profundidad se utilizan comúnmente en los diseños. En los canales semicirculares, cuando las velocidades son menos de 0.80 veces la
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velocidad crítica entonces el 6% del diámetro como borde libre ha demostrado ser adecuado.
< 0.75
0.45
0.75 – 1.50
0.60
1.50 – 85.00
0.75
> 85.00
0.90
El borde libre depende del tamaño del canal, velocidad del agua, la curvatura de la alineación, el viento y la acción de las olas y el método de operación. El borde libre normal es de 15 cm para pequeños canales y puede variar hasta 1.0 m para los grandes canales.
El USBR aplica para el borde libre un mínimo permitido para diversos tamaños de conductos se da en la figura. Página 49
Norma de la India IS: 10430 recomienda un borde libre de 0.75 m para el canal que lleva una descarga de más de 10 m3/s.
> 10
0.75
3 – 10
0.60
1–3
0.50
<1
0.30
< 0.10 (cursos de agua)
0.15
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Según el Manual de Criterios de Inundación y Aguas Pluviales, Capítulo 13, sección 1: Canales Abiertos: El borde libre debe ser calculado por la formula siguiente y en ningún caso deberá será inferior a 0.60 m (24") y debe ser calculado como:
Dónde: V : Velocidad de diseño (m/s) g : Aceleración de la gravedad (m/s2) Fb : Borde libre de diseño (m) Se recomienda que al menos 0.30 m de borde libre permanezca en eventos producidos durante el año (1 de cada 100). En caso en lo que ocurra un fallo imprevisto en
9. CONSIDERACIONES EN CURVAS HORIZONTALES
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Cuando el flujo se mueve alrededor de una curva, un aumento en la superficie del agua se produce en la orilla exterior con una correspondiente disminución de la superficie del agua en la orilla interior. En el diseño de un canal, es importante que esta diferencia en los niveles de agua se calcule. Si se supone que todo el flujo debe moverse alrededor de la curva con la velocidad promedio, entonces la elevación está dada por:
Dónde: :
Elevación de la superficie del agua (m)
V: Velocidad promedio (m/s) T: Ancho de la superficie del agua (m) g: Aceleración de la gravedad (m/s 2) rc: Radio de curvatura (m)
Según la Oficina del código de la Norma de la India IS: 59681970 "Guía para la planificación y el diseño de sistema de canales de riego" se tiene:
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Capacidad del canal (m3/s) Radio mínimo (m) 280 y mayores
900
200 a 280
750
140 a 200
600
70 a 140
450
40 a 70
300
10 a 40
200
3 a 10
150
0.3 a 3
100
Menores que 0.3
50
10. BANQUETAS
Es conveniente colocar banquetas de 3 a 5 metros de ancho a cada lado por estabilidad, facilidad de desplazamiento, etc. En los lados interiores por encima de las bermas pueden estar provistos de césped.
11. MAXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA
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Es bien sabido que la conducción de una sección de canal aumenta con los aumentos en el radio hidráulico o con la disminución en el perímetro mojado. Por lo tanto, desde el punto de aspectos hidráulicos, la sección de canal que tiene menor perímetro mojado para un área dada tiene el transporte máximo; una sección de este tipo se conoce como canal eficientemente hidráulico. Pero esto se conoce popularmente como la sección de máxima eficiencia hidráulica. El semicírculo tiene el menor perímetro en todos los sectores con la misma área; por lo tanto es la hidráulicamente eficiente de todas las secciones más.
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III. REVESTIMIENTO DE CANALES Presenta los criterios de diseño mínimos para canales revestidos. El ingeniero encargado del diseño es responsable de confirmar que el diseño de canal cumple con estos criterios. 1. CANALES REVESTIDOS DE CONCRETO
El revestimiento más utilizado en el mundo es concreto simple hecho in situ. El espesor utilizado actualmente es de entre 8 y 15 cm. Su impermeabilidad es magnífica, siempre que no se agrieta debido a las fuerzas térmicas o movimientos de tierra. No se recomiendan espesores inferiores a las indicadas (con mortero de cemento), ya que se agrietan y se deterioran fácilmente.
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El concreto es un producto obtenido a través de la mezcla interna de grava, grava fina y arena (en proporciones adecuadas), junto con cemento y agua. O bien después o simultáneamente con el vertido de la pasta en el molde o encofrado que proporciona la forma de la pieza a fabricar, es esencial que la mezcla se compacte correctamente con el fin de reducir en la medida de lo posible cualquier cavidad interior. Después de esto, hay un proceso llamado "ajuste", durante el cual la mezcla se endurece, el calor se emite y la pieza fabricada se somete a una reducción en las dimensiones conocidas como "contracción". El concreto se emplea con mucha frecuencia como material de revestimiento de canales. Sin embargo, las condiciones a las que está expuesto son extremadamente difíciles y, en cierta medida, no son adecuados a sus características. Hay que recordar que el Bureau of Reclamation, en su libro sobre concreto, considera que el concreto empleado en revestimientos de canales es el que tiene que soportar la más ardua de las condiciones.
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El concreto es extremadamente impermeable y sólo pequeñas cantidades de filtración se produciría si no fuera por el gran peligro de agrietamientos involucrados. Esto es porque, aunque es un material con excelente resistencia a la compresión, que tiene, por otro lado, la mala resistencia a la tracción. También se produce un estrés significativo debido a la retracción y temperatura baja, que aumentan enormemente el peligro de formación de grietas que aparecen, que luego se convierte en la causa de la filtración grave. La pérdida de agua en los canales revestidos de concreto en masa no se produce de una manera uniforme sobre toda el revestimiento, sino que se localiza en las grietas o juntas mal impermeabilizadas. Por esta razón, entonces, es esencial que las juntas sean adecuadas, correctamente impermeabilizadas y se empleen en los canales que están alineados con este material de modo que cualquier movimiento en el revestimiento tiene lugar, precisamente, a través de estas articulaciones, la prevención de grietas y por lo tanto no habrá filtración i. Estudio de las Juntas en el Canal Revestido con Concreto: Página 57
Las juntas pueden ser transversales o longitudinales del canal. La figura 1.1 se muestra el Canal de Provenza, en Francia, en la que el transversal y juntas longitudinales se pueden ver. También hay juntas de construcción. Las juntas transversales pueden ser o bien de contracción o juntas de expansión. El propósito de la primera es para prevenir el agrietamiento causado por contracción del concreto o contracción debido a las reducciones en la temperatura. Juntas de dilatación transversal se emplean para evitar los problemas causados por la expansión de calor en el revestimiento. Las juntas longitudinales están destinadas a proporcionar al canal con un tipo de articulación que, hasta cierto punto, permitirá que siga deformandose en el suelo causada por cambios en los niveles de humedad o diferencias en las zonas cercanas de diferente compactación. El propósito principal de la junta de construcción es proporcionar la terminación adecuada del revestimiento completado durante un día de trabajo de forma que pueda
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ser unido correctamente al trabajo del día siguiente y así sucesivamente, y también para unirse a las nuevas secciones de hormigón para los mayores.
ii. Juntas de Construcción:
Una característica del concreto es que cuando recientemente hecho, no se unen al concreto anterior, ya establecido. El resultado es una situación muy desfavorable donde se está empleando este material como un revestimiento. Este problema conduce a los requisitos para juntas de construcción. Estos se utilizan normalmente para unirse a los trabajos de construcción de un día con la del día anterior.
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Es muy poco lo que podemos decir en este momento acerca de la separación de las juntas de construcción. Están condicionadas
por
las
especificaciones
del
proyecto,
métodos de construcción y velocidad de ejecución. Sólo se puede señalar que para propósitos de construcción que deben ser los mismos, o al menos similar a las otras juntas descritas. Las juntas de construcción también son a veces necesarias en la dirección longitudinal, en este caso, no unirse a un día de trabajo con la de otro, pero al unir el trabajo llevado a cabo en varias etapas. Un muy buen ejemplo de esto es en la construcción de un canal en el que el suelo se ejecuta en primer lugar, seguido por las laderas. (En este libro el término "suelo" se utiliza para indicar la base de concreto y al final de la canal y las "pistas" son los lados del concreto.) Una junta de construcción, el cual, por cierto, es extremadamente peligroso, debe hacerse entre estos dos elementos.
El
hecho
es
que
esta
junta
no
está
impermeabilizado en muchos casos y desde el más reciente concreto no se une con las secciones mayores, se convierte
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en la fuente de fugas significativas porque la presión en este punto corresponde a la profundidad máxima canal. Por otra parte, la unión entre el suelo y las paredes suele ser defectuoso debido al ángulo incluido formado por estos elementos. Además de esto, cuando las paredes del canal se concretan con el viejo método de fabricación de concreto en la parte más alta del canal y luego verterla por la pendiente, el mayor tamaño de grava separa del resto y cae primero de manera que un tipo de concreto sin finos, que es de muy mala calidad, con poca lechada, se forma en la parte inferior de la pendiente. Esta junta debe ser tratada y estudiada con el máximo cuidado (Figura 1.2).
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Slope lined afterwards
= Pendiente revestido después
Concrete badly Compacted – little paste = Concreto mal compactado – poca pasta
Dangerous joint = Junta peligrosa
Invert lined first = Invertir revestimiento primero(*)
Seepage = filtración *Invert = invertido: En la plomería, el punto más bajo o la superficie interior más baja de un canal, conducto, drenaje, tubería o tubo de alcantarilla Entre las medidas que se pueden adoptar, vamos a describir primero la de hormigonado de una sección del canal completo en una sola operación, de modo que ya no hay ningún requisito para este tipo de unión. Si esto no es posible, entonces es necesario que el hormigonado del revestimiento que se va a unir una sección previamente hormigonada debe comenzar con una limpieza muy cuidadosa del hormigón viejo, junto con la preparación de una adecuada unta longitudinal impermeabilizada. Además
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de esto, se recomienda que si el hormigonado de la planta se lleva a cabo antes que la de las paredes, sino que también debe incluir las secciones inferiores de las paredes de modo que la junta de construcción no está situado en el ángulo suelo-pared, pero en cambio, en una sección de pendiente plana. Esto evitará el ángulo suelo-pared siempre peligroso (Figura 1.3).
= juntas longitudinales.
= Los suelos de diferente
compresibilidad.
iii. Juntas Longitudinales:
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En muchas ocasiones, las juntas longitudinales se incluyen en los revestimientos de canales para evitar la fracturación causada por el movimiento transversal sección pendiente. Es bastante obvio que lo que se conoce generalmente como el "revestimiento de canales", que está a sólo unos centímetros de espesor, no es posible que soportar presión sobre el suelo. Esto requiere un mayor espesor de concreto en lo que se denominan "muros laterales". Si se produce el movimiento de tierra, entonces el revestimiento de canales con toda seguridad se agrieta. Para evitar esto, las juntas longitudinales se emplean a veces como medida preventiva, que actúan como articulaciones que permiten el movimiento revestimiento localizada, produciendo
lo
que
se
podría
describir
como
un
revestimiento articulado. El movimiento de tierra es a veces produce por la expansión de arcilla, que, en determinadas situaciones, puede conducir a una presión significativa como resultado de cambios en los niveles de humedad. Sin embargo, el caso más frecuente se produce por sedimentación diferencial de las diversas capas
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del suelo, con mayor frecuencia en la situación de un relleno mal compactado situado en la parte superior del terreno natural. En todos estos casos, en los que es posible predecir el comportamiento diferente de las diversas capas, se recomienda emplear juntas longitudinales en lugares adecuados. Esto es especialmente aplicable a la zona de contacto entre el suelo natural, que se ha convertido compactado con el paso de los siglos, y el relleno construido durante las obras, a menos que, por supuesto, las operaciones de compactación muy estrictas se llevaron a cabo durante su ejecución. La figura 1.4 muestra el daño a un canal sin terminar que fue causado por las fuertes lluvias justo después de las operaciones de construcción que se realizaron durante el clima muy seco, lo que causó la expansión del suelo, la rotación de las pistas alineadas, que se separó de la tierra y por lo tanto la producción de grietas longitudinales. Es bastante evidente que las pendientes del este del canal eran demasiado empinada (a los 45) y también sufría de problemas de drenaje, debido a que la tierra excavada se
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amontona sin ningún pensamiento dado a la evacuación del agua corriendo por el lado, lo que recogido detrás que conduce a la filtración de tierra y su hinchazón inmediata. Sin embargo, a pesar del hecho de que las pendientes estables se construyen y se presta atención a los problemas de drenaje,
como se muestra en la Figura 1.5 lo que demuestra el Canal Calagua en Bella Unión (Uruguay). Esto muestra claramente la necesidad de juntas longitudinales.
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iv. Movimiento aceptable entre JUNTAS DE CONTRACCIÓN TRANSVERSALES: los movimientos predichos:
Como ya se ha explicado, el fin de las juntas de contracción transversal es para prevenir las consecuencias del concreto causa la contracción disminución en la temperatura y el ajuste de la contracción. La distancia entre estas juntas de contracción transversal es determinada por la condición de que las fuerzas de tracción de concreto son menores que las que puede soportar. Página 67
Estas fuerzas de tracción se producen por la fricción de deslizamiento entre el revestimiento de concreto y el suelo subyacente. Este fenómeno puede entenderse mejor por imaginar lo que sucede de la siguiente manera: primero, ya sea debido a una caída en la temperatura o la creación de la contracción, los contratos de concreto. En segundo lugar, las fuerzas de unión entre el suelo y el revestimiento se oponen a esta deformación y se extienden de modo que vuelve a la situación original sometiéndolo a la tracción. Las fuerzas de tracción máximos, y por lo tanto el agrietamiento resultante, aparecen precisamente en un punto equidistante entre dos articulaciones consecutivas. Las razones son bastante claras. Por un lado, debido a la simetría razones, este debe estar en el centro. Por el otro, este es el punto donde las fuerzas de tracción son mayores, ya que las fuerzas de vinculación entre el suelo y el aumento de revestimiento desde el extremo de la losa hacia el centro como se demuestra en la Figura 1.6. Si la fuerza de unión entre el suelo y el revestimiento es f kg / cm2, que se opone al deslizamiento, a una distancia de L
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cm entre dos juntas de contracción consecutivos, siendo E el espesor del revestimiento en cm y t kg / cm2 es la tracción aceptable en el hormigón, en el momento de la fractura de la fuerza de tracción que actúa sobre cada lado de la sección central está dada por F × L / 2. Esta fuerza actúa en el plano de contacto entre el suelo y el revestimiento y produce un momento de flexión en el concreto de:
El momento resistente de la sección rectangular será e2/6 y la tracción total, que es la suma de la tracción pura más que debido al momento de flexión, viene dado por:
A partir de esta fórmula, que es el básico para la selección de la contracción transversal separación de la articulación, podemos calcular el valor de L (separación conjunta) por medio de la siguiente ecuación:
Se conocen proporcionados los otros valores. No hay ningún problema en que se establece el grosor o la resistencia a la
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tracción t, usando la rotura de probetas o de otro sistema adecuado.
La
verdadera
dificultad
radica
en
el
establecimiento de F, que es el resultado de dos sumandos diferentes.
El primero de ellos es el valor de la cohesión del suelo y depende de los cambios en los niveles de humedad, mientras que el segundo es producido por el ángulo de fricción y es proporcional a la componente normal que actúa presionando el revestimiento contra el suelo. Estos valores pueden variar considerablemente de un área de suelo a otro y por lo tanto, F también puede variar. Sin embargo, la peor parte es que su valor depende principalmente del nivel de humedad de los trasdós de revestimiento y en el grado de terminación de la excavación
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(también conocido como "recorte"); En otras palabras, el grado de unión entre el revestimiento y el suelo.
En consecuencia, sólo en pocas ocasiones es posible calcular el valor de L, como nos hubiera gustado.
dependiendo del espesor de revestimiento. Sin embargo, la expresión calculada anteriormente puede conducir a consecuencias y enseñanzas importantes. En una primera
aproximación,
se
puede
considerar
que
la
separación requerida entre las articulaciones es proporcional al espesor del revestimiento, lo que significa que el revestimiento más delgado, más cerca de las articulaciones tienen que ser. La primera conclusión muy importante es que los revestimientos de canales no deben ser construidos usando mortero fino (por ejemplo, con gunita). Esto requeriría absurdamente cerca articulaciones.
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Del mismo modo, a partir de la fórmula anterior, se puede afirmar que cuanto mejor sea la calidad del revestimiento, con su valor más alto a menudo, mayor es la separación entre las articulaciones, L. Dado que el mayor es el valor de F, la más pequeña es la L puede ser, podemos afirmar que el más perfecto el perfil de excavación, mayor es la contracción de separación de la articulación puede ser que en el caso de la mala terminación. Todo esto significa que, en casos tales como revestimientos de hormigón más de una excavación de corte de la roca mal, empleando juntas de contracción sería bastante inútil porque su separación sería muy pequeña. Afortunadamente, en estas situaciones normalmente no hay problemas asociados con la filtración a través de las grietas. No menos importante es la conclusión de que se puede obtener de la fórmula por la cual la separación de las juntas de contracción transversales no depende de la temperatura del medio ambiente y por lo tanto no en las condiciones del tiempo en donde se encuentra el canal tampoco. Por otro
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lado, las condiciones climáticas tienen gran influencia en la amplitud de la variación de anchura de la junta. Los movimientos predecibles en las juntas de contracción se dan a continuación. La dilatación térmica para el concreto está dada por
Donde T es la variación térmica en grados centígrados y L es la separación de la articulación en milímetros. Esto significa que para una separación conjunta de 4 m, 4.000 mm, junto con una variación de temperatura de 40o, el movimiento de la articulación sería:
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que estos valores pueden aumentarse si las operaciones de hormigonado se llevan a cabo a temperaturas máximas y que la contracción se añade a éstos. La Instrucción de Hormigón Estructural establece que, para fines de cálculo, el establecimiento de contracción debe ser tomada como estar en el orden de 1/4 mm por metro de longitud del hormigón. Este es el equivalente de una caída de la temperatura 25, que cuando
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se añade a la contracción debida a la temperatura, suponiendo que el canal se concreta a la temperatura máxima,
aumentaría
los
niveles
de
tensión
en
aproximadamente un 50%. Muy por el efecto contrario se produce cuando las operaciones de concretado se llevan a cabo durante las temperaturas ambientales bajas. El efecto térmico es altamente compensado por la contracción de ajuste en el caso de aumentos de temperatura. El único propósito de estas consideraciones es establecer un orden de magnitud de la deformación máxima conjunta. No es de ninguna manera un intento de defender el hormigonado de los canales a temperaturas sea extremadamente altas o bajas, ya que la Instrucción de Hormigón y buenas prácticas deben seguir en todos los casos. Lo siguiente puede ser catalogado como un resumen de las especificaciones
básicas
para
juntas
de
contracción
transversales empleados en la construcción del canal: 1. Deben ser colocados a distancias fijas en función del espesor del revestimiento, la calidad del hormigón y el Página 74
grado de perfección empleado en la terminación de la excavación. 2. En la práctica, esta separación normalmente se encuentra entre 3 y 4 m (ocasionalmente 4.5 m) y no depende de las variaciones de temperatura en la ubicación del canal. 3. La articulación debe estar diseñado de modo que pueda abrir (que es el mismo que permitir un acortamiento del hormigón entre dos articulaciones consecutivos) por un máximo de aproximadamente 1.5 mm. Este valor depende de la variación máxima de temperatura del sitio.
v. Juntas de dilatación transversales: su ubicación y movimientos esperados:
Ya se ha indicado que el propósito de las juntas de dilatación transversales es superar los problemas de expansión que se producen en el concreto cuando la temperatura aumenta. Hay muchas opiniones encontradas con respecto a la utilización de estas uniones, con los que defienden su ubicación a una distancia de 20 m y otros que proponen
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tanto el aumento de la separación y hasta su completa eliminación. La figura 1.7 muestra un canal de ladrillo propiedad privada sobre juegos de mesa en la región del río Henares (Madrid), que se ha roto por la expansión debido al aumento de las temperaturas. No se muestra en la figura, en el lado derecho, es un sifón. Esta es una prueba muy clara de que los aumentos de temperatura pueden ser muy perjudiciales. Las fuerzas de expansión causadas por este fenómeno conducen a una situación de la compresión general en el revestimiento de los canales. Si se toma en consideración que el revestimiento del concreto de un canal es normalmente muy delgado, de entre 8 y 15 cm y, a continuación,
ya
que
su
longitud
produce
esbeltez
excepcional, se puede suponer a ser objeto de pandeo. Afortunadamente, el propio peso del revestimiento y su soldadura a la tierra contribuyen altos niveles de asistencia en la lucha contra cualquier pandeo.
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La experiencia revela que muy pocas revestimientos de concreto de canales son dañadas por fuerzas de compresión. Hay varias razones aquí que juegan a nuestro favor. En primer lugar, el fenómeno de retracción del hormigón juega un papel extremadamente importante y favorable con respecto a las fuerzas de expansión dentro del concreto.
Debido a la contracción de fraguado del hormigón, que es equivalente a la contracción producida por una caída de la temperatura 25o, el efecto de un aumento de la temperatura 40o se reduce en gran medida a menos de la mitad. Si se toma
entonces
en
cuenta Página 77
que
las
operaciones
de
hormigonado no se llevan a cabo normalmente a bajas temperaturas, produce la expansión hasta las temperaturas máximas esperado es aún más pequeño. Debido a esto, la tensión de compresión causada por la expansión de hormigón, suponiendo que esto es completamente libre de cualquiera de alargamiento o contracción, será mucho menos que los esperados inicialmente. Suponiendo un módulo concreto de elasticidad de 200 000 kg/cm2, junto con una variación de temperatura que alcanza un máximo de 50 o, recordando que la cepa unidad térmica del concreto es 1/100 000 por grado, entonces la compresión máxima que se podría producir en revestimiento de hormigón de la canal, suponiendo que el alargamiento se evita completamente y por simplemente aplicando Ley de Hooke, está dada por: −
Este valor de fuerzas puede ser bastante facilidad soportada por el hormigón normal. Sin embargo, el hecho es que estos valores no son ni siquiera llegaron por el efecto favorable de las juntas de retracción, que han abierto debido a la caída de
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la temperatura y que se cerrará de nuevo cuando la temperatura se eleva una vez más. Por otra parte, la realidad de la situación es que el aumento de temperatura máxima para ser considerado no es el máximo esperado para la zona, pero en cambio la diferencia entre la temperatura máxima y la existente durante las operaciones de hormigonado. Dado que los reglamentos en todos los países estipulan que el hormigón no debe ser vertida en condiciones de frío cerca de la congelación, la fuerza de expansión máxima en el hormigón será menor que el valor que acaba de calcular. En consecuencia, en el propio canal de real, las fuerzas de compresión provocadas por el aumento de las temperaturas se resistieron por el concreto y, por lo tanto, no se requieren juntas de expansión. Sin embargo, hemos observado con frecuencia que las entradas y salidas de sifón, que se insertan en la sección larga de zanjas y canales, se agrieta a medio camino debido, precisamente, a la presión de la guarnición, que se encuentra bajo compresión. Este fenómeno es exactamente
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lo que sucedió en la Figura 1.7. Esta es una prueba evidente del hecho de que aunque el revestimiento de hormigón, o uno de otro material tal como ladrillo, está sujeto a fuerzas de compresión que es capaz de soportar con bastante facilidad, sino que también está sujeto a fuerzas de compresión que pueden ser transmitidas a otros elementos insertado en el canal que no son capaces de resistirlas. Por consiguiente, puede establecerse que las juntas de expansión son esenciales en todos los puntos donde las fuerzas de compresión que actúan sobre el revestimiento podrían producir ciertas clases de daños a los elementos de hormigón insertadas. Especial énfasis se puede colocar en las conexiones con entradas y salidas de sifón, con toboganes e incluso antes de curvas cerradas, aún más especial si éstos se encuentran a lo largo de las secciones de relleno. De hecho, la expansión de revestimiento en dos líneas rectas, unidas por una curva cerrada, puede producir presión radial que se mueve la curva a pesar de la resistencia del suelo, dando lugar a problemas de filtración.
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De acuerdo con estas ideas, no hay ningún punto en el empleo de juntas de dilatación, como se ha llevado a cabo en la construcción de varios canales, con separaciones de 20 m, o cualquier otra distancia fija. Esta misma posición es defendida por la Comisión Internacional de Riego y Drenaje, que ha afirmado que "las juntas de expansión no son necesarias en revestimientos de concreto, salvo cuando existan estructuras fijas en el centro del canal". También debe recordarse que las juntas de expansión son elementos
que
son
difíciles
y
caros
de
construir,
especialmente en vista de las técnicas modernas de hormigonado, actualmente empleados en la construcción de canales, utilizando encofrado de deslizamiento longitudinal, que hace que sea fácil de producir juntas de contracción, pero no juntas de expansión debido a su diferente morfología. Una vez que se han establecido las ubicaciones para las juntas de dilatación, los movimientos que tendrán que
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soportar deben ser predichos por lo que un diseño adecuado se puede preparar. El problema es complejo. Si las distancias entre las articulaciones son grandes, la parte de revestimiento más alejado sufrirá prácticamente ningún movimiento debido a que el suelo mismo se aplicará presión para mantenerlo en su lugar. Además, las secciones situadas a la izquierda ya la derecha en cualquier punto a lo largo del canal también colaborarán en la prevención de movimiento. Por otro lado, un deslizamiento del revestimiento sobre el suelo se producirá en las zonas cercanas a las articulaciones. Es precisamente la cepa de la parte de deslizamiento que provoca el movimiento de la articulación. El fenómeno es complicado, ya que es internamente hiperestática e implica cepa interrelacionado de tanto el revestimiento y el suelo.
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La figura 1.8 contiene un dibujo de cómo se produce el movimiento en una junta de expansión. La sección del canal en general no sufre ningún movimiento porque está anclado no sólo por el suelo, sino también por las fuerzas de compresión de la anterior y las secciones posteriores, que son iguales debido a la simetría. Sin embargo, la zona cercana a la expansión articulación se mueve cuando el canal se expande, y se cerrará parcialmente la articulación. Hay dos fuerzas de fricción y de cohesión entre el revestimiento y el suelo.
Hay una zona de transición entre la zona de deslizamiento y la zona de anclado, en el que no hay deslizamiento entre el suelo y el revestimiento, pero no es, sin embargo, la deformación
elástica
combinada Página 83
de
la
tierra
y
el
revestimiento. Esta zona, que es más difícil de estudiar, es mucho más corta y tiene una influencia mucho menor sobre el fenómeno de la zona de transición, y por esta razón no será tenido en cuenta. vi. Calidad del Concreto
Aunque pudiera parecer que este punto debería haber sido cubierto anteriormente, se incluye aquí porque es algo así como un resultado de todo lo que se ha tratado hasta ahora. Una de las metas más básicas es para prevenir las caries se forman en el hormigón, ya que esto no sólo impedirá la filtración, pero también dejar de plantas de enraizamiento en su interior y las condiciones heladas de destruirlos, etc. Por otra parte, se puede demostrar que cuando los buenos niveles de compactación se consiguen con la consiguiente ausencia de cavidades, no sólo impermeabilidad, sino también la compresión y la resistencia a la tracción, junto con la durabilidad, etc. se mejoran. Para lograr esto, una mezcla de tamaño de grano debe ser empleado que es tan cerrado como sea posible de modo que
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casi no hay cavidades. Esto se produce porque un cierto tamaño de agregado llenará las cavidades producidas por tamaños más grandes, y las cavidades que dejan será llenado por tamaños de agregados todavía más pequeños y así sucesivamente. Esto requerirá claramente cantidad suficiente de cada tamaño con el fin de llenar el tamaño de la cavidad correspondiente, pero nunca más que esto porque causaría ciertos tamaños para separar los más grandes, perdiendo así la estructura reticular donde algunos encajan en otros, lo que es esencial para la obtención alta resistencia. También se requieren bajas relaciones agua-cemento para los buenos niveles de fuerza. Esto significa proporciones de alrededor de 0.48 a 0.55, dependiendo de las condiciones climáticas y, sobre todo, en el poder de compactación, ya sea vibrado o apisonada métodos tierra. Ya hemos dicho que la máquina Barragán utiliza agua proporciones de cemento de aproximadamente 0.45, con asentamiento nulo. Valores de sedimentación generalmente tolerados con máquinas de
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encofrados deslizantes normales se sitúan entre 4 y 8 cm y de 4 a 10 cm de hormigón estructural y paredes. Buenos niveles de compactación son difíciles con tales hormigones secos, pero sin embargo esencial y se obtienen a través de potentes de vibración empleando vibradores de aguja que se insertan entre el encofrado y el suelo. Vibradores superficie instalada en el encofrado también se pueden utilizar, aunque también se utiliza apisar el hormigón fresco, siempre se trata de una capa muy delgada, o una combinación de vibración y de ataque de munición puede ser utilizada. En general, estas relaciones agua-cemento requieren el uso de agentes de arrastre de aire para facilitar las operaciones de compactación. Las burbujas de aire que se forman actúan como cojinetes de bolas en miniatura, que asisten a la circulación de algunos agregados de granos por encima de otros con el fin de llenar las cavidades. El uso de agentes de arrastre de aire no debe ser exagerado y los valores máximos de uso se disponen a continuación:
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El porcentaje de aire ocluido puede tener un error de ± 1% en el primer caso y ± 0.5% en los otros dos. En el análisis científico más profundo lleva a cabo en el hormigón, se estableció que su fuerza es realmente una función del cemento (aire ocluido + agua remanente) y no simplemente de la relación agua-cemento, con valores de referencia a la mezcla que es que comienza a ponerse. Cuando esta relación se reduce la resistencia del hormigón también disminuye. La eficacia de los agentes de aire de arrastre es que su uso produce una mejor compactación porque la mezcla es más viable. Esto es muy favorable con respecto a la resistencia y el secreto del éxito radica en el uso de dosis agente incorporador de aire que producen mayores beneficios debido a la mejora de la compactación, que compensa la fuerza reducida debido a una mala cemento / (aire + agua) Relación de modo que el resultado es favorable para una mayor resistencia. Además, a fin de facilitar la rodadura agregado interno cuando se usa deslizante máquinas compactadoras, las cantidades de arena y cemento son forzados algo porque en
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cierta medida, estos también actúan como rodamientos de bolas internos. En este punto, todo lo que se ha descrito en relación con las máquinas de revestimiento de adoquines que emplean encofrado deslizante se debe tener en cuenta. 2. CANALES REVESTIDOS CON CONCRETO ARMADO
A veces, revestimientos de concreto reforzado con barras de hierro se utilizan para combatir la formación de grietas (Figura 2.1). La principal objeción es su mayor coste en relación con concreto simple, no sólo debido al precio de la plancha, pero también debido al hecho de que es más caro a poner. Por lo general sólo se utiliza en casos especiales, que vamos a indicar en este libro cuando sea necesario.
Cabe mencionar que, como el revestimiento es delgado, es difícil garantizar las distancias requeridas de las barras de hierro a la superficie del concreto con suficiente precisión. Si se producen
errores
de
construcción
en
este
punto,
el
revestimiento podría resistir los posibles momentos de flexión menores a los que se esperaran.
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El informe de Chester W. Jones desde el Bureau of Reclamation es muy interesante, donde explica que este organismo decidió no reforzar los revestimientos de concrero con barras de hierro en 1948, excepto en caso especial, obteniendo un ahorro de 10 a 15 %.
El concreto armado es más adecuado para revestimientos de espesor (que en realidad debería llamarse "muros"), que también deben resistir el empuje de la tierra exterior o el interior del agua. En estos casos puede ser un material útil.
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Symmetrical = Joint with curing compound = Note: Place reinforcement in center of slab =
Welded wire fabric = i. Paredes Laterales Resistentes:
A veces los canales se hacen con un fondo y los lados que además de evitar las pérdidas de agua, son elementos resistentes. A menudo se les llama "muros de contención". La diferencia básica con los revestimientos es el hecho de que en estos el elemento resistente a la presión hidráulica es el suelo, el revestimiento es meramente un factor protector o de impermeabilización.
Son elementos estructurales, por tanto, su resistencia debe calcularse a diferencia de todas las posibles combinaciones de los esfuerzos exteriores.
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Pueden estar hechos a granel (concreto o mampostería, con poca frecuencia en ladrillo) o de concreto armado. Si están hechas de mampostería, de ladrillo o de concreto en masa, su estabilidad se basa en el peso, como si fueran pequeños presas de gravedad y el mismo que también deben resistir la posible presión de elevación debe, en este caso, para el agua del canal que pueden ser filtrados en su base de apoyo (Figura 2.2).
a) Cuando el nivel del agua debe estar por encima del nivel del suelo. En esta situación dos soluciones diferentes podrán adoptarse: Con muros resistentes (Figura 2.2) o con un canal en un terraplén. En esta situación, un estudio comparativo debe ser llevado a cabo, a elegir entre las soluciones técnicas con el fin de los estudios económicos. b) Cuando la tierra tiene una resistencia muy poco fiable, y las pendientes que son demasiado inclinado tendría que ser adoptado
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c) Cuando la pendiente de la sección transversal de la tierra natural es demasiado grande o inestable, de modo que no se presentaría el posicionamiento de un canal con una pendiente más suave como puede verse en la Figura 2.3, que es una fotografía del Canal de Las Dehesas (Extremadura, España) Cuando las paredes se hacen resistentes a granel, por lo general tienen la sección transversal similar a la de una presa de gravedad. Sabemos que éstos son estables cuando tienen, por ejemplo, en perfil triangular, la pendiente vertical frontal y la pendiente posterior de alrededor de 0.75. Página 92
Podemos dar a las paredes resistentes una sección transversal similar, pero en el cálculo de estos, debido a su tamaño, no podemos olvidar su mayor anchura de la parte superior, que debe tener un valor mínimo que sea suficiente para poder introducir la nueva concreto dentro del encofrado de la pared resistente. El volumen será un poco mayor que si la pared resistente iban a ser triangular, y así será su resistencia, pero podemos reducirlas disminuyendo la pendiente un poco hacia atrás, haciendo algunos cálculos sencillos que, obviamente, deben tener una posible presión de levantamiento en cuenta. También deben resistir los efectos de deslizamiento producidos por el agua interior. Como las paredes que resisten suelen estar apoyados en la parte inferior previamente realizada, si el concreto se utiliza como un material, un vínculo suficiente entre el fondo y la caja no se puede esperar, debido al hecho de que el hormigón fresco nunca suelda bien con hormigón que ya está seca. Por lo tanto a veces algunos pasos se hacen en la pared inferior y de retención.
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Si el muro de contención debe resistir los empujes del suelo, podemos darle la misma sección transversal anterior o pierde el uno como el que se muestra en la
Esto
tiene la ventaja de que el peso del propio suelo estabiliza contra sus propios ejes. Un canal con el suelo en la parte posterior de la pared de entrenamiento exige que deba
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calcularse alternativamente cuando está lleno de agua y vacío. En cualquier caso, el volumen fabricado final por metro lineal de pared de entrenamiento es de alrededor de 0,75 del cuadrado de su altura total. También es el mismo para la sección transversal trapezoidal. A veces las paredes resistentes son de sección transversal rectangular, con una anchura constante a lo largo de su altura (como con el Canal Júcar). Esta solución se utiliza generalmente en las secciones excavadas o la colocación de un terraplén de apoyo en el exterior de la canal. Si la pared es de concreto armado (reforzado con barras de hierro), Figura 2.5 (Canal del Piedras, Huelva), las técnicas de diseño para este material deben ser seguidas. En general, se calcula como una sola pieza formado por la pared formación y la parte inferior. Como es caro para incrustar la parte inferior de la pared resistente en la tierra, la pared de entrenamiento se considera que está incrustado en la parte inferior, que transmite los momentos flectores producidos por el empuje del suelo (canal de vacío) o el empuje del agua. Si hay suelo en la parte posterior (el canal no está
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levantada), el empuje de agua puede calcularse restando el empuje activo del suelo del empuje total. Si el terreno es de roca suficientemente sólida, se puede considerar que resiste el empuje del agua por sí sola. Muros de contención concreto armado son mucho más delgadas que las de hormigón en masa, pero aun así son mucho más gruesos que los revestimientos colocados sobre la excavación. El espesor de las paredes reforzadas resistentes de hormigón se determina que tiene anchura suficiente para ser capaz de resistir bien y por la condición de la vivienda las varillas de refuerzo así los momentos de flexión. El espesor del revestimiento se determina mediante los métodos de construcción a utilizar y por el tamaño de los agregados
disponibles
o
aconsejables.
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que
son
económicamente
Como los revestimientos no están generalmente reforzados, la colocación de las varillas de refuerzo no determina el espesor.
3. CANALES REVESTIDOS DE MAMPOSTERÍA
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Los revestimientos de mampostería son una construcción que consta de grandes piezas de piedra que se colocan a mano, con las cavidades entre ellos se llena con mortero de cemento. Algunas de sus principales características son su alto nivel de irregularidad de la superficie, lo que significa un factor de rugosidad escasa y los revestimientos mucho más gruesos que produce, junto con impermeabilidad insuficiente. Todo esto indica un tipo de revestimiento que sólo se puede utilizar en condiciones muy especiales, como los construidos sobre terreno rocoso impermeable, o de evacuación o canales de drenaje. Una situación en la que este tipo ha sido empleado con éxito es para los primeros tramos de un canal con una conexión directa a un río, en la zona donde hay una capa de agua subterránea que se alimenta en gran medida por el río. El gran peligro para tales canales es la presión de levantamiento permanente que podría conducir a ellos flotante cuando está vacío. La gran masa de la capa de escombros podría lastrar el canal en esta situación y evitar que esto suceda (Figura 3.1).
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En general, incluso en zonas donde la roca es abundante, este tipo de revestimiento implica un alto costo debido a la cantidad de trabajo requerida y el gran volumen resultante de la construcción. A veces se usa para los pequeños canales, donde el uso de la piedra puede resolver la búsqueda de materiales de construcción, como lo demuestra el pequeño canal en Mendoza, Argentina (Figura 3.2). 4. REVESTIMIENTO DE ASFALTO i. Revestimiento de Concreto de Asfalto:
El concreto de asfalto (o mezcla en caliente) es una mezcla de grava, arena, polvo inerte, que se conoce generalmente como "filler", junto con betún. Esta colocado en caliente y luego compactado hasta que sólo tiene un pequeño índice de vacío resultante en un excelente nivel de impermeabilidad. El margen de tolerancia corresponde a lo que se conoce como una granulometría cerrada, lo que indica una excelente compacidad.
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El espesor del revestimiento varía normalmente entre 2.5 y 5 cm de ser posible pero poco frecuentes. Pueden ser construidos en una sola capa o en dos capas superpuestas que se puede seleccionar cualquier tamaño de capas individuales. Cada espesor de la capa no debe exceder de un espesor máximo de 4 cm a fin de lograr una buena compactación, ni menor de 2.5 cm por razones de montaje y de economía. Estos canales se construyen sin juntas de contracción o de expansión, sólo tienen juntas de construcción. Estos ofrecen mayores garantías de impermeabilidad cuando se utiliza la doble capa de revestimiento, disponiendo la capa superior que se coloca sobre la junta de construcción de la capa inferior. Cualquiera que sea el caso, es necesario para las capas contiguas
que
se
sueldan
entre
sí
sólidamente,
especialmente en una sola capa de revestimiento. En ocasiones, esto se logra por calentamiento de la zona de unión, o por medio de pintura bituminosa, que se aplica en la parte superior de la junta de construcción.
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El ligante bituminoso debe tener una penetración que sea adecuada para las temperaturas del lugar donde el canal se va a construir y debe ser justificado por medio de la experimentación y ensayos. Sin embargo, el betún con una penetración de 60/70 pueden ser utilizados para las cuestas, aunque esto tendría que ser reducida en climas cálidos a 40, por ejemplo. Por la parte inferior, donde la compactación es más fácil, betún con una penetración de 90/100 se pueden emplear. La probeta de penetración de betún se mide con una aguja específicamente promediada a una temperatura predeterminada. Con un betún más suave, mayor será el nivel de penetración. La cantidad correcta de betún es esencial si es buena impermeabilidad lo q se desea obtener, junto con una unión suficiente agregada. Sin embargo, un exceso de betún es contraproducente ya que esto facilitaría el deslizamiento de la mezcla por las laderas a altas temperaturas. La cantidad correcta se encuentra entre 8 y 10%. Agregados calcáreos son preferibles porque generalmente poseen una mayor adherencia al asfalto. El tamaño de grava no debe ser mayor
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que 1/3 del espesor del revestimiento necesario para facilitar las operaciones de compactación. ii. REVESTIMIENTO DE MENBRANAS DE ASFALTO
Las primeras membranas que se utilizaron para los revestimientos consistían en una capa de betún de fusión en caliente, que se extendió sobre un terreno nivelado que habían sido bien compactado y limpiado de toda vegetación. Seis litros por metro cuadrado se han aplicaron y puesto que la densidad del asfalto es cercana a 1, el espesor de la membrana era de 5 a 7 mm. Esta membrana proporciona impermeabilidad suficiente cuando se aplica al suelo y se prepara correctamente. Sin embargo, es extremadamente débil con respecto a la luz solar, la erosión del agua y pisando por el ganado, etc. Esto, por tanto, requiere una cobertura total de entre 30 y 60 cm, dividida en dos capas, donde la inferior es tierra o arena y la superpuesta es de grava. Esta capa protectora tiene que ser hecha minuciosamente para que así se extienda a pesar de su delgadez y, lo que es
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más difícil, sin dañar la membrana bituminosa de ninguna manera. Desde el punto de vista hidráulico, este tipo de canales se comportan de la misma manera como los canales sin revestimiento. Por lo que es aún más difícil de producir buenos resultados con una capa impermeable de baja calidad y por esta razón, sólo se recomienda para la construcción de estanques, y no para canales. Con el fin de obtener mejores membranas de calidad, las membranas prefabricadas de asfalto se han utilizado en ocasiones, que consta de un núcleo de fibra artificial impregnado en betún que por lo general que haya sido oxidado, por lo que el aire o el oxígeno se burbujea a través mientras se funde. Esto dota el betún con propiedades mejoradas con respecto a la resistencia simultánea a ambas temperaturas altas y bajas. Estas membranas pueden incorporar varias capas superpuestas que se combinan juntos para producir el espesor deseado. Normalmente se fabrican en longitudes de 5 a 10 m, con un ancho de alrededor de 1 m y espesores entre 3 y 10 mm. Las juntas de
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construcción se producen por la superposición de cada tira con la siguiente por algunos 6 a 10 cm y luego la aplicación de calor para soldar juntos.
Posee gran capacidad para resistir la deformación y por lo tanto se adapta bien a las variaciones de temperatura,
alargando
o
acortando
según
sea
necesario con muy pequeña compresión o esfuerzo de tracción, lo que significa que estos tipos de canales no requieren articulaciones.
Si hay exceso de calor de la luz solar cuando el canal está vacío, existe el peligro de que el revestimiento se pueda ablandar lo suficientemente para fluir hacia la parte inferior. No resisten el pisoteo del ganado cuando beben del canal. 5. REVESTIMIENTO DE MENBRANAS PLASTICAS
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i. Revestimientos con Membranas de PVC con Capas de Protección de Grava:
El PVC empleado habitualmente está fabricado con un agente plastificante, habiendo tomado en consideración todos los posibles problemas asociados con el envejecimiento. También debe tenerse en cuenta que la pérdida de las buenas características de los materiales plásticos en el tiempo es quizás su desventaja más significativa. Cuando se emplean estos materiales, no como láminas, pero en la fabricación de elementos resistentes, tales como tuberías, se utiliza la fuerza extrapolada esperada después de cincuenta años, que es significativamente inferior, Cuando se emplea en forma de láminas, también pierden algunas de sus buenas propiedades de resistencia y flexibilidad, y se deben utilizar con los factores de seguridad adecuados. Esto, sin lugar a dudas, es una de las razones por las cuales los ingenieros norteamericanos, en un país donde láminas de plástico ha sido objeto de una gran cantidad de estudio, se han incrementado el mínimo recomendado de espesor de
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PVC de 10 milésimas de pulgada (0.24 mm) a 20 miles de pulgada (0.48 mm). Las láminas enterradas son capaces de alcanzar excelentes niveles de impermeabilidad, si se proporciona con los materiales, el diseño y una buena construcción. La lamina descrita, sin embargo, sólo tendrá una escasa resistencia a los agentes externos y, por lo tanto, deberá estar cubierta por una capa de materiales granulares. El propósito de esta capa es para mantener la lámina en su lugar, protegerla de la velocidad del agua, las olas y la acción del viento y también por la perforación de las raíces y pezuñas del ganado. Desde un punto de vista operativo hidráulico, el canal se comportará como un canal sin revestimiento debido a la capa de protección, con un coeficiente de Manning de entre 0.0225 y 0.025. Esto requiere que el canal tenga una velocidad del agua que no erosiona la capa protectora, que puede influir no sólo en la pendiente, sino también de la sección transversal. En cualquier caso, las laderas deben ser lo suficientemente
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suaves, no sólo por el bien de la estabilidad, sino también con respecto a la lámina y la estabilidad de la capa protectora, tanto durante la construcción y durante la vida del canal. Para ello será necesario un mínimo de una pendiente 1/2. Los ángulos agudos deben ser evitados entre la parte inferior del canal y sus laderas. La capa de protección debe tener un espesor mínimo de 40 cm, lo que significa la excavación se debe aumentar en la misma cantidad. El material es normalmente colocado por medio de una excavadora de cuchara y el perfil de corte debe realizarse con mucho cuidado, también por lo general empleando una excavadora de cuchara. A veces, cuando el área excavada muestra irregularidades, todos los huecos deben ser rellenados con unos 10 cm de arena o tierra de grano fino con el fin de suavizar el sustrato de membrana. Con respecto a la capa superior de protección de la lámina, dos de estos puede ser puestos. El primero se compone de material de pequeño diámetro, normalmente arena, el segundo consiste en un material de mayor diámetro. El propósito de la primera capa más fina es la protección de la
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membrana, mientras que el segundo está destinado a soportar la fuerza erosiva del agua. La permeabilidad de la capa superior debe ser mayor que la de la inferior para prevenir la presión levantamiento. El espesor total puede ser algunos 40 a 50 cm. Sin embargo, ha habido algunos casos en los que la capa inferior fina ha causado que la capa superior se deslice hacia abajo. Figura 5.1 muestra una sección transversal de un canal con un revestimiento de membrana enterrada.
La pérdida de las buenas características de los materiales plásticos en el tiempo es quizás su desventaja más significativa
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Cuando se emplea en forma de láminas, también pierden algunas de sus buenas propiedades de resistencia y flexibilidad, y se deben utilizar con los factores de seguridad adecuados. ii. Revestimiento con Membranas sin Protección:
Hay varios tipos de materiales empleados como membranas sin que recubre la protección del suelo, en otras palabras, los que están directamente expuestos al agua en el canal o a la luz solar cuando está vacío (conocido como membranas expuestas), todos con la propiedad de ser suficientemente resistentes a ellos. En general, todo lo que se describe en las secciones siguientes se pueden aplicar a casi todas las membranas de plástico con mayor espesor y resistencia de la lámina de PVC delgada de la sección anterior. La filosofía detrás de estos revestimientos se destina a eliminar la necesidad del costo de capas protectoras de grava o arena gracias a la mayor resistencia de la membrana de plástico.
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Los materiales más utilizados son butilo y otros cauchos sintéticos, junto con el polietileno de alta densidad (HDPL). Butilo se obtiene a través de la combinación de dos derivados del petróleo, isobutileno y isopropileno, a bajas temperaturas. Esto resulta en un material sintético altamente flexible, que es resistente al calor, frío, luz y el ozono. Es siempre mantiene un alto nivel de resistencia a la tracción, y se resistente a los pinchazos, altamente impermeable y muy flexible. Polietileno de alta densidad también es flexible e incluye carbón negro en su masa para proporcionar protección contra la luz solar. Hay una cierta cantidad de experiencia de su uso en España, principalmente en piscinas y pequeños embalses. Hay tanto ventajas como desventajas asociadas con el uso de membranas expuestas
Se pueden emplear con pendientes más pronunciadas (1/1.7),
siempre
que
las
membranas
estén
correctamente ancladas en las bermas o secciones
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superiores del canal, ya que es una lámina de desprendimiento está siempre presente este problema, pero ya no hay la necesidad de cumplir con las condiciones mucho más exigentes de estabilidad del material de recubrimiento. Aunque de menor importancia, los trabajos de excavación extra no son necesarios con respecto a la profundidad
adicional
necesaria
para
las
capas
protectoras. Cualquier avería que estén presentes son fácilmente detectados y localizados.
Daños causados por el ganado La erosion causada por el agua Envejecimiento debido a la luz solar Movimiento de la lámina debido al efecto del agua/viento cuando el canal está vacio Vandalismo Un peligro importante en los forros de membrana expuesta es la posibilidad de deslizamiento hacia la parte inferior. El
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único método para fijar en su lugar es anclar a las secciones superiores de las laderas. Esto requiere la construcción de una pequeña zanja, a unos 30 cm de profundidad y de ancho, a lo largo de toda la longitud del canal. La sección superior de la membrana se coloca en esta trinchera, que luego se rellena con suelo y compactada (Figura 5.2).
Una excavación debe realizarse con mucho cuidado para asegurar que no hay piedras afiladas se dejan. Si el terreno es rocoso o de otra manera irregular, se recomienda que cualquier hueco se rellenaron utilizando algunos 10 cm de material seleccionado. Los
espesores
disponibles
comercialmente
para
las
membranas de butilo son 0.77 mm, 1.5 mm, 2.25 mm y 3 mm. El espesor 0.77mm es suficiente para canales y canales
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de riego, aunque la tendencia actual es la de emplear cada vez mayores espesores.
6. REVESTIMIENTO CON CESPED
Canales con revestimiento de césped pueden ser considerados como los canales artificiales más deseables desde un punto de vista estético. El registro de canales, las velocidades más bajas, y los beneficios sociológicos crean ventajas significativas sobre otros tipos de canales. El diseñador debe tener plenamente en cuenta el flujo hidráulico para que los cálculos deban presentarse para su revisión y aprobación por el funcionario local. Página 114
El rendimiento satisfactorio de un canal con revestimiento de césped depende de la construcción del canal con la forma adecuada y la preparación de la zona de una manera para proporcionar condiciones favorables para el crecimiento vegetativo.
Entre
el
momento
de
la
siembra
y
los
establecimientos reales de la hierba, el canal está desprotegido y expuesto a un daño considerable a menos que se proporcione una protección especial. Canales sujetos a flujos constantes o prolongados requieren tratamiento suplementario especial, como las estructuras de control de calidad, centros de piedra, o drenaje subterráneo capaz de llevar este tipo de flujos. Después del establecimiento, la cubierta vegetal protectora debe mantenerse. Un contrato de mantenimiento y/o bonos pueden ser necesarios para cubrir el mantenimiento de los canales de hierbarevestido. Además, los canales de hierba-revestido no pueden ser permitidos en los sitios del proyecto en los que existe la precipitación insuficiente para mantener el revestimiento de hierba sin riego.
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